CN101375052B - 具有完全一体的倍增器的风轮机 - Google Patents

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Abstract

一种风轮机传动，其包括旋翼毂(11)、非旋转轴(29)、至少一级的行星式倍增器(17)、高速轴(19)、发电机(20)和支撑主框架(21)，其中所述非旋转轴通过两个径向载荷轴承(31，33)支撑毂(11)，在所述支撑主框架上，旋翼毂(11)和倍增器(17)存在用于耦合的装置，以致传动转矩通过旋翼毂(11)直接传递到倍增器(17)上，所述旋翼毂位于非旋转轴(29)的外部。倍增器第一级装置通过机构与所述装置结合，可以允许为了维护目的将其拆卸下来。

Description

具有完全一体的倍增器的风轮机 
技术领域
本发明涉及一种风轮机，特别是风轮机的传动。 
背景技术
用于风轮机传动机械部件的多种不同设计方式过去已经提起过。下面是其中三种方式的描述。 
1.传统的两轴方案。在这种设计中，主轴受两个径向力载荷轴承支撑，也就是说产生非对称转子力矩的风能，例如倾斜力矩和盘旋力矩，通过一对径向轴承力传递到主框架上。主轴通过传动转矩和推力、以及由于非对称性转子力矩和转子自重造成的弯曲力矩而承受载荷。最近的专利申请，如WO03031811和US2003/0201647，也描述了一种耦合机构，其中转子轴在风力发电机的发动机舱上通过两个轴承得以支撑。 
2.一轴方案。在这种设计中，旋翼毂通过一个承载主轴承的力矩直接连接在主框架上，也就是说不需要一个长主轴。专利申请WO02079644公开了这种风轮机。专利WO04046582特别描述了一种涡轮，其中倍增器直接与旋翼毂耦合，通过安装在倍增器上的轴承，将由叶片产生的力和力矩传递到发动机中。 
3.非旋转轴方案。在这种设计中，转子通过具有两个径向承载主轴承的非旋转空心轴与主框架相连，传动转矩再通过位于非旋转空心轴内的旋转轴传递至倍增器中。采用这种方案，非对称转子力矩、推力和转子重量通过非转动空心轴传递到主框架上，也就是说转子的重量在主轴上不构成疲劳载荷。专利申请WO9611338和专利US4527072、US0563600公开了这种风轮机。
上述所提到的传动中没有一种能顺利地解决了本行业所需的高能风轮机产生的需求。本发明设法去满足这些需求。 
发明内容
本发明提供一种风力涡轮机传动，其包括旋翼毂、至少一级的行星式倍增器、高速轴、发电机和支撑主框架，所述支撑主框架具有如下特征： 
a)其还包括一个与主框架相连的非旋转轴，所述非旋转轴通过两个径向载荷轴承支撑旋翼毂； 
b)旋翼毂和倍增器存在用于耦合的装置，以致传动转矩通过旋翼毂直接传递到倍增器上。 
本发明的其它特征和优点从下面示意图的详细说明得以理解，但不局限于所附附图中的具体实施例。 
附图说明
图1是本发明风轮机的第一种实施例的侧视横截面图； 
图2是图1中沿剖面线A-A′所示风轮机的横截面图； 
图3是本发明风轮机的第二种实施例的侧视横截面图； 
图4是本发明风轮机的第三种实施例的侧视横截面图。 
具体实施方式
传统的风轮机中传动结构部件由旋翼毂，主轴和倍增器构成，所述主轴由一或两个主轴承支撑，所述倍增器通过高速轴与发电机连接，而 倍增器箱体与风轮机的主框架连接。这些结构部件的基本目的是将由转子产生的传动转矩传递到发电机中，并且为了获得发电机转子的合适旋转速度而增加轴速度。其次目的是将转子的重量、推力和非对称转子力矩传递到主框架中，此处非对称转子力矩也就是倾斜力矩和盘旋力矩，并进一步传递到塔和基座中。 
增加风轮机尺寸的一个主要问题是主轴承布置相对于传统的两轴承方案和一轴承方案变得出奇地昂贵，以及技术上复杂性。非旋转轴方案也产生问题，当加大尺寸时，旋转内部轴和毂之间的连接变得复杂。 
本发明推荐的图1和图2中所示的第一实施例中的传动解决了这个问题，并在此给出解释。 
所述传动包括旋转的旋翼毂11、行星式倍增器17、高速轴19、发电机20和支撑主框架21，所述旋翼毂通过叶片轴承15与一或多个叶片13相连，所述行星式倍增器在箱体47内有第一级装置，如果存在其它级齿轮，则位于箱体49中。 
根据本发明，旋翼毂11包括齿圈23，所述齿圈将传动转矩传递到第一级行星齿轮25，所述第一级行星齿轮的布置是为了位于主框架21外部的外表面穿过适宜的孔37，所述传动包括非旋转轴29，所述非旋转轴与主框架21相连，所述非旋转轴通过两个轴承31，33支撑旋翼毂11。在本实施例中所述非旋转轴29具有与旋翼毂11内部形状相似的外部形状，但是普通的技术人员可以轻易地理解到它们的形状可能是不同的。 
非旋转轴29，如同现有技术设计3中的非旋转轴，通过两个径向载荷主轴承31，33，将非对称性转子力矩、推力和转子重量传递到主框架21上，此时传动转矩通过非旋转轴29外部的旋翼毂11直接传递到倍增器17上，也就是说不需要内部旋转转矩承载轴。 
这种布置的一个重要的结果是转子的重量在非旋转轴29中不构成疲劳载荷。另外也能预测到旋翼毂11相对大多传统方案会更轻，传统方案中由于旋翼毂11在两个部分受到支撑，具有在毂和主轴之间的法兰连接。实际上在叶片根部的张力和压力几乎能通过两个主轴承31，33直接地传递到非旋转轴29上。 
传统方案中，倍增器有固定的齿圈和旋转行星架，而当齿圈23与旋翼毂11旋转时，在推荐方案中的行星齿轮25直接固定在主框架21上。因此产生的第一级行星齿轮传动比变得更小(传统倍增器为n：n+1，其中n是齿圈和太阳轮直径之比)。然而，根据本发明由于没有行星架，倍增器17结构更简单。 
图3中示意的第二实施例，传动部件如此布置以致为了维修目的，第一级行星齿轮可以完全拆卸下来。箱体47和齿圈23通过托板41，43用螺栓连接在主框架21、非旋转轴29和轮毂11上。 
在齿圈23和第一级行星齿轮箱47之间的第三轴承(未图示)，此轴承与行星齿轮不接触，为了在拆卸操作过程中固定齿圈23，所述第三轴承可以包括在其中。为了在第一级行星齿轮的拆卸操作过程中避免使用超大型起重机来拆卸转子，一种特殊的相对主框架21固定的转子固定系统(未图示)也可以包括在其中。 
在图4所示的第三实施例中，传动部件也布置成为了维护目的以便于第一级行星齿轮能够完全拆卸。然而在第二实施例中倍增器17的第一行星齿轮级装置的箱体47置于旋翼毂11的前部，在第三实施例中箱47位于旋翼毂11的后部(从发动机方向看)。在此例中，箱体47通过螺栓53固定在非旋转轴29上，齿圈23通过螺栓51固定在旋翼毂11上，外部套盖55通过螺栓57与齿圈23连接。 
本发明的一个优点是有较大传动转矩和弯曲力矩的低速旋转结构具有大的直径来限制材料应力，而有较小传动转矩的高速旋转结构具有较小的直径。 
在第一和第二实施例中，本发明的另一个优点是倍增器的第一级完全与主框架结合，也就是说此装置没有分体式箱体，因而减少了整个发动机的重量。 
尽管结合优选的实施例本发明已得到充分说明，明显可知在本发明范围内可以作出修改，这种修改并不局限于所述实施例，但是应当局限于下面权利要求的内容。 

Claims (7)

1.一种风力涡轮机传动，其包括旋翼毂(11)、至少一级的行星式倍增器(17)、高速轴(19)、发电机(20)和支撑主框架(21)，其特征在于：
a)所述风力涡轮机还包括连接在支撑主框架(21)上的非旋转轴(29)，所述非旋转轴通过两个轴承(31，33)支撑旋翼毂(11)；
b)旋翼毂(11)和倍增器(17)之间存在用于耦合的装置，以致传动转矩通过所述非旋转轴(29)外部的旋翼毂(11)直接传递到倍增器(17)上。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机传动，其特征在于：旋翼毂(11)包括将传动转矩传递到倍增器(17)的第一级行星齿轮(25)的齿圈(23)，所述第一级行星齿轮(25)布置成其外表面位于支撑主框架(21)的外部。
3.根据权利要求2所述的风力涡轮机传动，其特征在于：所述倍增器(17)设置在包括第一级装置的第一箱体(47)中和包括其余级装置的第二箱体(49)中。
4.根据权利要求3所述的风力涡轮机传动，其特征在于：第一箱体(17)位于旋翼毂(11)的前部。
5.根据权利要求4所述的风力涡轮机，其特征在于：第一箱体(47)包括与支撑主框架(21)、非旋转轴(29)和旋翼毂(11)之间的螺栓连接，以致第一级装置为了维修目的能够拆卸。
6.根据权利要求3所述的风力涡轮机，其特征在于：第一箱体(17)位于旋翼毂(11)的后部。
7.根据权利要求6所述的风力涡轮机，其特征在于：第一箱体(47)与非旋转轴(29)螺栓联结，齿圈(23)与旋翼毂(11)螺栓联结，以便为了维护目的，第一级装置能够拆卸下来。
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